Helikopteri

Question: Miten helikopterin liikkumista hallitaan?



Helikopteri on ilma-alus, jossa nostovoima tuotetaan vaakatasossa pyörivällä roottorilla. Helikopteri kykenee nousemaan ja laskeutumaan pystysuoraan. Helikopterin liikkumista hallitaan päälapojen lapakulmia muuttamalla. Helikopteri voi myös pyöriä paikallaan pyrstöroottorin avulla. Helikopteri sopii erityisesti vaikeassa maastossa tehtäviin kuljetuksiin. Helikoptereita käytetään paljon myös sotilaallisissa tehtävissä.
Helikopterin historia

pienoiskuva|Hanna Reitsch lentää Focke-Wulf FW 61 V2:lla
Helikopterin periaatteen esitti jo 1400-luvulla italialainen taidemaalari ja keksijä Leonardo da Vinci. Silloisella tekniikalla helikopteria ei kuitenkaan kyetty toteuttamaan.
1800-luvun lopulla tehtiin useita rakennusyrityksiä, mutta lopputuloksena oli hyvin kömpelöitä ja hädin tuskin maan pinnalla leijuvia helikoptereita.
Ensimmäisen käyttökelpoisen, lentämään pystyvän helikopterin rakensi 1936 saksalainen Henrich Focke (1890–1979). Henrich Focken rakentama Focke-Wulf Fw 61 saavutti 1937 yli 3 200 m:n korkeuden, yli 120km:n tuntinopeuden ja lensi yli 230km:n matkan. Tämänkin helikopterin kehitykseen vaikutti suuresti autogiro.
Nykyiselle asteelle helikopterin kehitti ukrainalais-yhdysvaltalainen Igor Sikorsky (1889–1972). Venäjällä Sikorsky kokeili helikopteria jo vuonna 1910, vaikka toimi tuolloin pääasiallisesti lentokonesuunnittelijana rakentaen mm. maailman ensimmäisen nelimoottorisen lentokoneen vuonna 1913. Sikorsky siirtyi Venäjän vallankumouksen jälkeen Yhdysvaltoihin. Siellä hän suunnitteli lentoveneitä, mutta myös jatkoi helikopterien kehittämistä. Sikorskyn vuonna 1939 rakentama VS-300 oli ensimmäinen yhden pääroottorin ja yhden pyrstöroottorin rakenteella toteutettu helikopteri. Se lensi kytkettynä 14. syyskuuta 1939 ja ensimmäisen kerran vapaasti 13. toukokuuta 1940.[1]
Toinen maailmansota toi joitakin helikoptereita operatiiviseen käyttöön. Saksa käytti Flettner Fl 282 helikopteria tiedustelutehtävissä. Sodan jälkeen helikopteri kehittyi pelastuslaitteeksi esimerkiksi Hollannin tulvien aikana. 1950-luvun alussa Korean sodassa Yhdysvaltain maavoimat käytti helikopteria haavoittuneidensa evakuointiin ja huoltokuljetuksiin. Yhdysvaltain ilmavoimien synty oli vienyt US Armyn lentokaluston ja helikopteri täytti osaltaan tätä aukkoa. 1960-luvun puolivälistä alkaen Vietnamin sodassa Yhdysvaltain maavoimat käytti laajasti helikopteria taistelukäytössä, jonka seurauksena taisteluhelikopteri sai alkunsa. Taisteluhelikopterit häviävät hävittäjälentokoneille kuitenkin toimintaetäisyytensä ja asekuormansa osalta.
Yhdysvalloissa Bell 47 -helikopteria rakennettiin yli 6000 kappaletta ja Bell 204/205 -mallia rakennettiin yli 13000 kappaletta. Bell 206 -mallia rakennettiin yli 8000 kappaletta. Sikorskyn vuoden 1953 S-56 -mallin jälkeen hypättiin helikopterisuunnittelussa eteenpäin: vuonna 1957 Neuvostoliitossa lensi Mihail Milin suunnittelema Mil Mi-6, jossa oli kaksi 5500 hevosvoiman turboshaft-moottoria ja 12 tonnin kantokyky. Frank Piasecki aloitti helikoptereiden kehittämisen 1941. Vuonna 1956 hänen yrityksensä nimi oli Vertol, joka kehitti mallit CH-46 (vuonna 1958) ja CH-47 Chinook (vuonna 1961). Vuonna 1977 Mil aloitti Mil Mi-26:n testaamisen. Se kykeni kuljettamaan jo 22 tonnia lastia.[2]
Asymmetrisen sodankäynnin sovellutusten syntymisen jälkeen helikopteria on erityisesti kehittänyt liike-elämän ilmailu. Esimerkiksi matka lentokentältä kaupungin keskustaan on ollut hyvä ajansäästön kohde. Kaasuturbiinikäyttöiset helikopterit ovat saavuttaneet suuren lentonopeuden ja avanneet helikopterilentoliikenteen käyttöä myös muutaman sadan kilometrin reiteille. Suuri nopeus toisaalta johtaa matkustusmukavuuden heikkenemiseen (tärinä), jonka takia markkinaa on pyritty laajentamaan liike-elämästä turisteihin.
Rakenne

Helikopterin runkoon on kiinnitetty pyrstöpuomi. Rungon sisällä ovat helikopterin moottorit, jotka pyörittävät roottoreita. Kantoroottorin pyöriminen aiheuttaa vääntömomentin, joka pyrkii kiertämään helikopterin runkoa roottorin pyörimissuunnan vastaiseen suuntaan. Jos voimalaite on helikopterin rungossa, rungon kiertymispyrkimys estetään yksiroottorisessa helikopterissa tavallisesti pyrstöpuomin päässä olevalla pyrstöroottorilla, joka pyörii pystytasossa. Pyrstöroottoria käytetään myös helikopterin ohjaamiseen pienillä lentonopeuksilla. Lennettäessä suuremmilla ilmanopeuksilla pyrstövakaajat kompensoivat pääroottorin vääntöä. Pyrstöroottoriin liittyvien ongelmien vuoksi on kehitetty myös yksiroottorisia helikoptereita, joissa ei ole pyörivää pyrstöroottoria. Näissä ns. NOTAR-helikoptereissa (lyh. engl. sanoista NO TAil Rotor) pyrstöroottorin korvaa normaali lentokoneen peräsinjärjestelmä ja ilmasuihku, joka kompensoi vääntömomentin.
Vääntömomentin vaikutus voidaan kumota myös käyttämällä kahta eri suuntiin pyörivää kantoroottoria. Varsinkin pienissä helikoptereissa eri suuntiin pyörivien kantoroottoreiden akselit voidaan sijoittaa sisäkkäin ja roottorit täten päällekkäin. Suurissa kaksiroottorisissa helikoptereissa toinen roottori on yleensä rungon etupäässä ja toinen takapäässä. On rakennettu myös helikoptereita, joissa roottoria pyöritetään johtamalla kaasuja roottorinlapojen kautta lapojen kärkiin, mistä ne purkautuvat ilmaan. Tällöin ei helikopterin runkoon kohdistu vääntömomenttia ja pyrstöroottori käy tarpeettomaksi.[3]
Autorotaatio
pienoiskuva|Helikopteria on nopea käyttää pelastautumistehtävissä kun maastossa on hankala liikkua
Moottoririkon sattuessa helikopteri pystyy laskeutumaan turvallisesti. Roottori yksinkertaisesti kytkeytyy irti moottorista vapaakytkimen avulla, jolloin roottori jatkaa pyörimistään. Lapojen kohtauskulma säädetään sopivaksi niin, että roottorin kierrosluku säilyy vakiona tai mahdollisesti hieman muutoin sallittua korkeampana (pyörimisenergiareservin keräämiseksi). Roottorin ja siihen kytketyn pyrstöroottorin pyörimisenergia saadaan helikopterin vaakatasossa etenevästä liikekomponentista taantuvien lapojen ilmanvastuksen ollessa eteneviä lapoja pienemmän. Periaatetta kutsutaan autorotaatioksi, eli vapaaksi pyörinnäksi.[4] Pyrstöroottorin vaurioituessa helikopteri menettää ohjattavuuden pienillä lentonopeuksilla, koska se alkaa pyöriä vastakkaiseen suuntaan kuin pääroottori.
Edut ja haitat

Helikopterin suurin etu lentokoneeseen verrattuna on sen vaatima pieni nousu- ja laskutila, ketteryys sekä koneen kyky pysyä paikallaan ilmassa.[5]  Haittana on monimutkainen rakenne, kalleus, hitaus ja moottorin aiheuttama melu. Lisäksi helikopteri on suhteellisen epätaloudellinen, sen kuljetettua kuormaa kohden laskettu polttoaineen kulutus on suuri verrattuna kiinteäsiipisiin lentokoneisiin. Helikopterin ja lentokoneen parhaita ominaisuuksia on pyritty yhdistämään kehittämällä tavallista pienlentokonetta muistuttavia kääntyväroottorisia helikopterilentokoneita, joiden etusiipien kärjessä on suurilla roottoreilla varustettuja käännettäviä moottoreita. Moottorit käännetään koneen nousun ja laskun ajaksi pystyasentoon, jolloin roottorit saavat aikaan nostovoiman (VTOL).
Helikopteri Suomessa
Ensimmäinen helikopterilento Suomessa tapahtui Turun lentoasemalla järjestetyssä lentonäytöksessä vuonna 1949, jossa lensi Ruotsiin rekisteröity helikopteri[6]. Suomen ensimmäinen helikopteri oli vuonna 1953 rekisteröity Imatran Voiman ja Ilmavoimien yhteinen, 1970-luvulle saakka käytössä ollut Bell 47 (OH-HIA), joka on esillä Suomen Ilmailumuseossa Vantaalla.[7]
Rajavartiolaitokselle hankittiin vuonna 1960 kaksi neuvostoliittolaisen Mil Mi-1-kopterin Puolassa valmistettua lisenssiversiota SM-1 S-600.[8]
Vuonna 1960 kopterien määrä nousi viiteen ja vuonna 1967 niitä oli jo yhdeksän. Vuonna 1975 helikoptereita oli Suomessa 21 ja vuonna 1982 32 kappaletta. Vuonna 1988 lukumäärä oli kivunnut 44:ään, vuonna 1989 kaikkiaan 52:een ja vuonna 1993 83:een. 2000-luvun alussa, vuonna 2003, helikoptereita oli rekisterissä 74 kappaletta. Robinson R22 ja Robinson R44 -koulutushelikopterit ovat olleet suuri tekijä helikopterien lukumäärän kasvuun Suomessa 1990-luvulta lähtien.[9]
Suurin helikopterilla saavutettu painekorkeus Suomessa on 20000ft (6100m). Ennätys lennettiin Puolustusvoimien NH90 -kalustolla (tunnus NH-208) 4.9.2014 Utissa miehistöllä: Aki Heinonen, Perttu Helenius, Ville Siiropää ja Mika Korjala. Ennatyskorkeudessa vallinneessa lämpötilassa (-17°C) tiheyskorkeus oli 20900ft.
Lähteet



*
Luokka:Seulonnan keskeiset artikkelit